108年公務人員高等考試三級考試試題 類科:核子工程

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108年公務人員高等考試三級考試試題

科:核子工程 目:工程熱力學

考試時間: 2 小時 座號:

※注意: 可以使用電子計算器。

不必抄題,作答時請將試題題號及答案依照順序寫在試卷上,於本試題上作答者,不予計分。

本科目除專門名詞或數理公式外,應使用本國文字作答。

代號:27020 頁次:2-1

一、回答下列問題:(每小題 6 分,共 18 分)

熵增原理之表述為何?

何謂卡諾循環?

渦輪機之等熵效率之定義為何?

二、試說明凱爾文-普朗克敘述及其意義。(12 分)

三、10 kg、500 K、300 kPa(狀態 1)的氧氣進行由下面三個過程所建構的 循環:1→2 等溫(isothermal)過程膨脹至 100 kPa;2→3:等壓過程;

3→1:可逆且絕熱的壓縮過程。試求狀態 3 之容積和溫度以及循環之淨 功與淨熱傳量。(20 分)

(氧氣的 R=0.2589 kJ/kg K、Cp=0.922 kJ/kg K、Cv=0.662 kJ/kg K、k=1.393)

四、氬氣在 1600 kPa 與 450℃以 55 m/s 的速度穩定地進入一絕熱的渦輪機,

並在 150 kPa 以 150 m/s 的速度離開。渦輪機的入口面積為 60 cm2。若 渦輪機的輸出功率為 190 kW,試求氬氣的出口溫度。(20 分)

(氬氣的 R=0.2081 kJ/kg K、Cp=0.52 kJ/kg K、Cv=0.312 kJ/kg K)

(2)

代號:27020 頁次:2-2

五、燃氣輪機所排出之氣體可用來作為蒸汽鍋爐的熱源,燃氣輪機之工作流 體為空氣,而蒸汽循環則為基本朗肯循環(Rankine cycle)。燃氣輪機依 照布瑞登循環(Brayton cycle)運轉,空氣進入壓縮機之溫度為 15℃、壓 力為 100 kPa。壓縮機是由燃氣輪機帶動,其壓力比為 6,且空氣進入燃 氣輪機內之溫度為 800℃。再將燃氣輪機所排出之氣體進入熱朗肯循環

(reheating Rankine cycle)動力廠,蒸汽質量流率為 2 kg/s,蒸汽進入蒸 汽渦輪機之情況為 3 MPa、300℃,蒸汽離開蒸汽渦輪機之壓力為 10 kPa。

試求若氣體離開鍋爐之溫度為 200℃,假設液態水的比容為 0.001 m3/kg,

試依空氣標準分析求:(已知空氣的 Cp=1.005 kJ/kg K,Cv=0.718 kJ/kg K)

(每小題 10 分,共 30 分)

空氣之流量。

總功率輸出。

理論循環熱效率。

已知:

P(kPa) T(℃) h(kJ/kg) s(kJ/kg K) 3000 300 2993.48 6.5389

參數名稱 P(kPa) hf(kJ/kg) hg(kJ/kg) sf(kJ/kg K) sg(kJ/kg K)

數值 10 41.99 2519.74 0.1510 8.9007

數據

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參考文獻

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